Weißer Zwerg ist ein Stern, der in unserem Raum ziemlich häufig vorkommt. Wissenschaftler nennen es das Ergebnis der Evolution von Sternen, das Endstadium der Entwicklung. Insgesamt gibt es zwei Szenarien für die Modifikation eines Sternkörpers, einmal ist die Endstufe ein Neutronenstern, einmal ein Schwarzes Loch. Zwerge sind die letzte Evolutionsstufe. Sie haben Planetensysteme um sich herum. Wissenschaftler konnten dies feststellen, indem sie mit Metall angereicherte Proben untersuchten.
Hintergrund
Weiße Zwerge sind Sterne, die 1919 die Aufmerksamkeit der Astronomen auf sich zogen. Zum ersten Mal wurde ein solcher Himmelskörper von einem Wissenschaftler aus den Niederlanden, Maanen, entdeckt. Der Spezialist machte eine für seine Zeit eher untypische und unerwartete Entdeckung. Der Zwerg, den er sah, sah aus wie ein Stern, hatte aber nicht standardmäßige kleine Größen. Das Spektrum war jedoch wie ein massiver und großer Himmelskörper.
Die Gründe für solch ein seltsames Phänomen haben Wissenschaftler schon seit geraumer Zeit angezogen, daher wurden große Anstrengungen unternommen, um die Struktur von Weißen Zwergen zu untersuchen. Der Durchbruch gelang, als sie die Annahme der Fülle verschiedener Metallstrukturen in der Atmosphäre eines Himmelskörpers zum Ausdruck brachten und bewiesen.
Es muss klargestellt werden, dass Metalle in der Astrophysik alle Arten von Elementen sind, deren Moleküle schwerer als Wasserstoff und Helium sind und deren chemische Zusammensetzung fortschrittlicher ist als diese beiden Verbindungen. Helium, Wasserstoff, wie Wissenschaftler feststellen konnten, sind in unserem Universum weiter verbreitet als alle anderen Substanzen. Auf dieser Grundlage wurde entschieden, alles andere als Metalle zu bezeichnen.
Themenentwicklung
Obwohl in den zwanziger Jahren zum ersten Mal Weiße Zwerge gesehen wurden, die sich in ihrer Größe stark von der Sonne unterschieden, entdeckten die Menschen erst ein halbes Jahrhundert später, dass das Vorhandensein metallischer Strukturen in der Sternatmosphäre kein typisches Phänomen ist. Wie sich herausstellte, werden sie, wenn sie in die Atmosphäre aufgenommen werden, zusätzlich zu den beiden häufigsten Stoffen, den schwereren, in die tieferen Schichten verdrängt. Schwere Substanzen, die unter den Molekülen von Helium Wasserstoff sind, müssen sich schließlich zum Kern des Sterns bewegen.
Es gab mehrere Gründe für diesen Prozess. Der Radius eines Weißen Zwergs ist klein, solche Sternkörper sind sehr kompakt - nicht umsonst haben sie ihren Namen. Im Durchschnitt ist der Radius vergleichbar mit dem der Erde, während das Gewicht ähnlich dem Gewicht eines Sterns ist, der unser Planetensystem erleuchtet. Dieses Verhältnis von Abmessungen und Gewicht bewirkt eine außergewöhnlich große Gravitationsoberflächenbeschleunigung. Folglich erfolgt die Ablagerung von Schwermetallen in der Wasserstoff- und Heliumatmosphäre nur wenige Erdtage, nachdem das Molekül in die gesamte gasförmige Masse eingetreten ist.
Funktionen und Dauer
Manchmal Eigenschaften von Weißen Zwergensind derart, dass der Prozess der Sedimentation von Molekülen schwerer Substanzen für lange Zeit verzögert werden kann. Die günstigsten Optionen, aus Sicht eines Beobachters von der Erde, sind Prozesse, die Millionen, zig Millionen Jahre dauern. Doch solche Zeitspannen sind im Vergleich zur Lebensdauer des Sternkörpers selbst außergewöhnlich kurz.
Die Entwicklung eines Weißen Zwergs ist so, dass die meisten der derzeit vom Menschen beobachteten Formationen bereits mehrere hundert Millionen Erdjahre alt sind. Wenn wir dies mit dem langsamsten Prozess der Aufnahme von Metallen durch den Kern vergleichen, ist der Unterschied mehr als signifikant. Der Nachweis von Metall in der Atmosphäre eines bestimmten beobachtbaren Sterns lässt daher mit Sicherheit den Schluss zu, dass der Körper anfänglich keine solche atmosphärische Zusammensetzung hatte, da sonst alle Metalleinschlüsse längst verschwunden wären.
Theorie und Praxis
Die oben beschriebenen Beobachtungen sowie über viele Jahrzehnte gesammelte Informationen über Weiße Zwerge, Neutronensterne und Schwarze Löcher legten nahe, dass die Atmosphäre metallische Einschlüsse von externen Quellen erhält. Wissenschaftler entschieden zunächst, dass dies das Medium zwischen den Sternen ist. Ein Himmelskörper bewegt sich durch solche Materie, reichert das Medium an seiner Oberfläche an und reichert so die Atmosphäre mit schweren Elementen an. Aber weitere Beobachtungen zeigten, dass eine solche Theorie unh altbar ist. Wie die Experten feststellten, würde der Zwerg bei einer solchen Änderung der Atmosphäre hauptsächlich Wasserstoff von außen erh alten, da das Medium zwischen den Sternen in seiner Masse aus Wasserstoff und bestehtHeliummoleküle. Nur ein kleiner Prozentsatz des Mediums besteht aus schweren Verbindungen.
Wenn die aus primären Beobachtungen von Weißen Zwergen, Neutronensternen, Schwarzen Löchern gebildete Theorie sich rechtfertigen würde, würden Zwerge aus Wasserstoff als dem leichtesten Element bestehen. Dies würde nicht einmal die Existenz von Helium-Himmelskörpern zulassen, da Helium schwerer ist, was bedeutet, dass die Wasserstoffakkretion es vollständig vor dem Auge eines externen Beobachters verbergen würde. Aufgrund des Vorhandenseins von Heliumzwergen kamen Wissenschaftler zu dem Schluss, dass das interstellare Medium nicht als einzige und nicht einmal als Hauptquelle für Metalle in der Atmosphäre von Sternkörpern dienen kann.
Wie soll ich das erklären?
Wissenschaftler, die in den 70er Jahren des letzten Jahrhunderts Schwarze Löcher, Weiße Zwerge, untersuchten, schlugen vor, dass metallische Einschlüsse durch den Fall von Kometen auf der Oberfläche eines Himmelskörpers erklärt werden können. Früher g alten solche Ideen zwar als zu exotisch und fanden keine Unterstützung. Dies lag vor allem daran, dass die Menschen noch nichts von der Existenz anderer Planetensysteme wussten – nur unser „heimisches“Sonnensystem war bekannt.
Ein bedeutender Fortschritt in der Erforschung von Schwarzen Löchern, Weißen Zwergen, wurde am Ende des nächsten, des achten Jahrzehnts des letzten Jahrhunderts gemacht. Für die Beobachtung der Tiefen des Weltraums stehen den Wissenschaftlern besonders leistungsfähige Infrarotinstrumente zur Verfügung, die es ermöglichten, Infrarotstrahlung um einen der bekannten Weißen-Zwerge-Astronomen herum nachzuweisen. Dies zeigte sich genau um den Zwerg herum, dessen Atmosphäre metallisch warInklusion.
Infrarotstrahlung, die es ermöglichte, die Temperatur des Weißen Zwergs abzuschätzen, sagte Wissenschaftlern auch, dass der Sternkörper von einer Substanz umgeben ist, die Sternstrahlung absorbieren kann. Diese Substanz wird auf ein bestimmtes Temperaturniveau erhitzt, das unter dem eines Sterns liegt. Dadurch können Sie die aufgenommene Energie nach und nach umleiten. Strahlung tritt im Infrarotbereich auf.
Wissenschaft geht voran
Die Spektren des Weißen Zwergs sind zum Studienobjekt der fortgeschrittenen Köpfe der Welt der Astronomen geworden. Wie sich herausstellte, können Sie von ihnen ziemlich viele Informationen über die Eigenschaften von Himmelskörpern erh alten. Von besonderem Interesse waren Beobachtungen von Sternkörpern mit übermäßiger Infrarotstrahlung. Derzeit konnten etwa drei Dutzend solcher Anlagen identifiziert werden. Ihr Hauptprozentsatz wurde mit dem stärksten Spitzer-Teleskop untersucht.
Wissenschaftler, die Himmelskörper beobachteten, stellten fest, dass die Dichte von Weißen Zwergen deutlich geringer ist als dieser für Riesen charakteristische Parameter. Es wurde auch festgestellt, dass übermäßige Infrarotstrahlung auf das Vorhandensein von Scheiben zurückzuführen ist, die aus einer bestimmten Substanz bestehen, die Energiestrahlung absorbieren kann. Es strahlt dann Energie ab, aber in einem anderen Wellenlängenbereich.
Die Scheiben sind außergewöhnlich nahe und beeinflussen die Masse der Weißen Zwerge bis zu einem gewissen Grad (die die Chandrasekhar-Grenze nicht überschreiten kann). Der äußere Radius wird Detritalscheibe genannt. Es wurde vermutet, dass es während der Zerstörung eines Körpers entstanden ist. Im Durchschnitt ist der Radius vergleichbar mit der Größe der Sonne.
Wenn man auf unser Planetensystem achtet, wird deutlich, dass wir relativ nah an der "Heimat" ein ähnliches Beispiel beobachten können - das sind die Ringe um den Saturn, deren Größe auch vergleichbar ist mit dem Radius von unser Stern. Im Laufe der Zeit haben Wissenschaftler herausgefunden, dass diese Eigenschaft nicht die einzige ist, die Zwerge und Saturn gemeinsam haben. Zum Beispiel haben sowohl der Planet als auch die Sterne sehr dünne Scheiben, die nicht durchsichtig sind, wenn man versucht, durch das Licht zu scheinen.
Schlussfolgerungen und Entwicklung der Theorie
Weil die Ringe der Weißen Zwerge mit denen vergleichbar sind, die den Saturn umgeben, ist es möglich geworden, neue Theorien zu formulieren, die das Vorhandensein von Metallen in der Atmosphäre dieser Sterne erklären. Astronomen wissen, dass die Ringe um den Saturn durch die Gezeitenstörung einiger Körper gebildet werden, die nahe genug am Planeten sind, um von seinem Gravitationsfeld beeinflusst zu werden. In einer solchen Situation kann der externe Körper seine eigene Schwerkraft nicht aufrechterh alten, was zu einer Integritätsverletzung führt.
Vor etwa fünfzehn Jahren wurde eine neue Theorie vorgestellt, die die Bildung von Ringen weißer Zwerge auf ähnliche Weise erklärte. Es wurde angenommen, dass der Zwerg zunächst ein Stern im Zentrum des Planetensystems war. Der Himmelskörper entwickelt sich im Laufe der Zeit, die Milliarden von Jahren dauert, schwillt an, verliert seine Hülle und dadurch entsteht ein Zwerg, der allmählich abkühlt. Übrigens erklärt sich die Farbe von Weißen Zwergen genau durch ihre Temperatur. Für einige wird es auf 200.000 K geschätzt.
Das Planetensystem kann im Laufe einer solchen Evolution überleben, was dazu führtAusdehnung des äußeren Teils des Systems bei gleichzeitiger Abnahme der Masse des Sterns. Dadurch entsteht ein großes Planetensystem. Planeten, Asteroiden und viele andere Elemente überleben die Evolution.
Was kommt als nächstes?
Der Fortschritt des Systems kann zu seiner Instabilität führen. Dies führt dazu, dass der Raum um den Planeten mit Steinen bombardiert wird und Asteroiden teilweise aus dem System fliegen. Einige von ihnen bewegen sich jedoch in Umlaufbahnen und finden sich früher oder später im Sonnenradius des Zwergs wieder. Kollisionen treten nicht auf, aber Gezeitenkräfte führen zu einer Verletzung der Integrität des Körpers. Eine Ansammlung solcher Asteroiden nimmt eine ähnliche Form an wie die Ringe, die den Saturn umgeben. So bildet sich um den Stern eine Trümmerscheibe. Die Dichte des Weißen Zwergs (ca. 10^7 g/cm3) und seiner Detritalscheibe unterscheiden sich deutlich.
Die beschriebene Theorie ist zu einer ziemlich vollständigen und logischen Erklärung einer Reihe astronomischer Phänomene geworden. Dadurch kann man verstehen, warum Scheiben kompakt sind, denn ein Stern kann nicht während seiner gesamten Existenz von einer Scheibe mit einem Radius umgeben sein, der dem der Sonne vergleichbar ist, sonst wären solche Scheiben zunächst in seinem Körper.
Indem man die Bildung von Scheiben und ihre Größe erklärt, kann man verstehen, woher die besondere Zufuhr von Metallen kommt. Es könnte auf der Sternoberfläche landen und den Zwerg mit Metallmolekülen kontaminieren. Die beschriebene Theorie beweist, ohne den offenbarten Indikatoren der durchschnittlichen Dichte von Weißen Zwergen (in der Größenordnung von 10 ^ 7 g / cm3) zu widersprechen, warum Metalle in der Atmosphäre von Sternen beobachtet werden, warum die Messung der ChemikalieZusammensetzung mit Mitteln, die dem Menschen möglicherweise zugänglich sind, und aus welchem Grund die Verteilung der Elemente derjenigen ähnlich ist, die für unseren Planeten und andere untersuchte Objekte charakteristisch ist.
Theorien: Gibt es einen Nutzen?
Die beschriebene Idee wurde vielfach als Grundlage für die Erklärung verwendet, warum die Hüllen von Sternen mit Metallen kontaminiert sind, warum Trümmerscheiben entstanden sind. Außerdem folgt daraus, dass um den Zwerg herum ein Planetensystem existiert. Diese Schlussfolgerung ist wenig überraschend, da die Menschheit festgestellt hat, dass die meisten Sterne ihre eigenen Planetensysteme haben. Dies ist charakteristisch sowohl für diejenigen, die der Sonne ähnlich sind, als auch für diejenigen, die viel größer sind als ihre Abmessungen - nämlich weiße Zwerge werden aus ihnen gebildet.
Themen nicht erschöpft
Auch wenn wir die oben beschriebene Theorie als allgemein anerkannt und bewiesen ansehen, bleiben für Astronomen bis heute einige Fragen offen. Von besonderem Interesse ist die Spezifität des Materietransfers zwischen den Scheiben und der Oberfläche eines Himmelskörpers. Wie einige vermuten, ist dies auf Strahlung zurückzuführen. Theorien, die auf diese Weise den Transport von Materie beschreiben wollen, basieren auf dem Poynting-Robertson-Effekt. Dieses Phänomen, unter dessen Einfluss sich Partikel langsam in einer Umlaufbahn um einen jungen Stern bewegen, sich allmählich spiralförmig zum Zentrum bewegen und in einem Himmelskörper verschwinden. Vermutlich sollte sich dieser Effekt in den die Sterne umgebenden Trümmerscheiben manifestieren, das heißt, die Moleküle, die in den Scheiben vorhanden sind, befinden sich früher oder später in außergewöhnlicher Nähe zum Zwerg. FeststoffeVerdunstung unterliegen, bildet sich Gas - solches in Form von Scheiben wurde um mehrere beobachtete Zwerge herum aufgezeichnet. Früher oder später erreicht das Gas die Oberfläche des Zwergs und transportiert Metalle hierher.
Die offenbarten Fakten werden von Astronomen als bedeutender Beitrag zur Wissenschaft eingeschätzt, da sie Hinweise darauf geben, wie die Planeten entstehen. Dies ist wichtig, da die Forschungsobjekte, die Spezialisten anziehen, oft nicht verfügbar sind. Zum Beispiel sind Planeten, die sich um Sterne drehen, die größer als die Sonne sind, äußerst selten zu untersuchen – es ist zu schwierig auf dem technischen Niveau, das unserer Zivilisation zur Verfügung steht. Stattdessen konnten die Menschen Planetensysteme nach der Umwandlung von Sternen in Zwerge untersuchen. Wenn es uns gelingt, uns in diese Richtung zu entwickeln, wird es sicherlich möglich sein, neue Daten über das Vorhandensein von Planetensystemen und ihre Besonderheiten zu enthüllen.
Weiße Zwerge, in deren Atmosphäre Metalle nachgewiesen wurden, erlauben uns eine Vorstellung von der chemischen Zusammensetzung von Kometen und anderen kosmischen Körpern. Tatsächlich haben Wissenschaftler einfach keine andere Möglichkeit, die Zusammensetzung zu beurteilen. Wenn man beispielsweise die Riesenplaneten studiert, kann man sich nur eine Vorstellung von der äußeren Schicht machen, aber es gibt keine zuverlässigen Informationen über den inneren Inh alt. Dies gilt auch für unser "Heimat"-System, da die chemische Zusammensetzung nur von jenem Himmelskörper untersucht werden kann, der auf die Erdoberfläche gefallen ist oder wo die Forschungsapparatur landen konnte.
Wie geht es dir?
Früher oder später wird unser Planetensystem auch die "Heimat" eines Weißen Zwergs. Wie Wissenschaftler sagen, hat der Sternkerneine begrenzte Menge an Materie, um Energie zu gewinnen, und früher oder später sind thermonukleare Reaktionen erschöpft. Das Gas nimmt an Volumen ab, die Dichte steigt auf eine Tonne pro Kubikzentimeter, während in den äußeren Schichten die Reaktion noch abläuft. Der Stern dehnt sich aus und wird zu einem roten Riesen, dessen Radius mit Hunderten von Sternen vergleichbar ist, die der Sonne entsprechen. Wenn die äußere Hülle aufhört zu „brennen“, kommt es innerhalb von 100.000 Jahren zu einer Zerstreuung der Materie im Weltraum, die von der Bildung eines Nebels begleitet wird.
Der von der Hülle befreite Kern des Sterns senkt die Temperatur, was zur Bildung eines Weißen Zwergs führt. Tatsächlich ist ein solcher Stern ein hochdichtes Gas. In der Wissenschaft werden Zwerge oft als entartete Himmelskörper bezeichnet. Wenn unser Stern komprimiert wäre und sein Radius nur wenige tausend Kilometer betragen würde, das Gewicht aber vollständig erh alten bliebe, dann würde auch hier ein Weißer Zwerg stattfinden.
Eigenschaften und technische Punkte
Der betrachtete kosmische Körper ist in der Lage zu leuchten, aber dieser Prozess wird durch andere Mechanismen als thermonukleare Reaktionen erklärt. Das Glühen wird als Rest bezeichnet und wird durch einen Temperaturabfall erklärt. Der Zwerg wird von einer Substanz gebildet, deren Ionen teilweise kälter als 15.000 K sind. Schwingungsbewegungen sind charakteristisch für die Elemente. Allmählich wird der Himmelskörper kristallin, sein Leuchten wird schwächer und der Zwerg entwickelt sich zu Braun.
Wissenschaftler haben eine Massengrenze für einen solchen Himmelskörper identifiziert - bis zu 1,4 des Gewichts der Sonne, aber nicht mehr als diese Grenze. Wenn die Masse diese Grenze überschreitet,Der Stern kann nicht existieren. Dies ist auf den Druck einer Substanz im komprimierten Zustand zurückzuführen - er ist geringer als die Gravitationsanziehung, die die Substanz komprimiert. Es gibt eine sehr starke Kompression, die zum Auftreten von Neutronen führt, die Substanz wird neutronisiert.
Der Kompressionsprozess kann zu einer Degeneration führen. In diesem Fall entsteht ein Neutronenstern. Die zweite Möglichkeit ist eine fortgesetzte Kompression, die früher oder später zu einer Explosion führt.
Allgemeine Parameter und Funktionen
Die bolometrische Leuchtkraft der betrachteten Kategorie von Himmelskörpern im Verhältnis zur Eigenschaft der Sonne beträgt weniger als etwa das Zehntausendfache. Der Radius des Zwergs beträgt weniger als das Hundertfache der Sonne, während das Gewicht mit dem des Hauptsterns unseres Planetensystems vergleichbar ist. Um die Massengrenze für einen Zwerg zu bestimmen, wurde die Chandrasekhar-Grenze berechnet. Wird sie überschritten, entwickelt sich der Zwerg zu einer anderen Form eines Himmelskörpers. Die Photosphäre eines Sterns besteht im Durchschnitt aus dichter Materie, die auf 105–109 g/cm3 geschätzt wird. Im Vergleich zur Hauptreihe ist sie etwa eine Million Mal dichter.
Einige Astronomen glauben, dass nur 3 % aller Sterne in der Galaxie Weiße Zwerge sind, und einige sind davon überzeugt, dass jeder zehnte zu dieser Klasse gehört. Über den Grund für die Schwierigkeit, Himmelskörper zu beobachten, gehen die Schätzungen so weit auseinander - sie sind weit von unserem Planeten entfernt und leuchten zu schwach.
Geschichten und Namen
1785 tauchte ein Körper in der Liste der Doppelsterne auf, die Herschel beobachtete. Der Star wurde 40 Eridani B genannt. Sie gilt als die erste Person, die aus der Kategorie der Weißen gesehen wird. Zwerge. 1910 bemerkte Russell, dass dieser Himmelskörper eine extrem geringe Leuchtkraft hat, obwohl die Farbtemperatur ziemlich hoch ist. Im Laufe der Zeit wurde entschieden, Himmelskörper dieser Klasse in eine eigene Kategorie einzuteilen.
Im Jahr 1844 entschied Bessel beim Studium der Informationen, die er durch die Verfolgung von Procyon B, Sirius B, erh alten hatte, dass beide von Zeit zu Zeit von einer geraden Linie abwichen, was bedeutet, dass es nahe Satelliten gibt. Eine solche Annahme erschien der wissenschaftlichen Gemeinschaft unwahrscheinlich, da kein Satellit zu sehen war, während die Abweichungen nur durch einen Himmelskörper erklärt werden konnten, dessen Masse außergewöhnlich groß ist (ähnlich wie Sirius, Procyon).
1962 identifizierte Clark, der mit dem damals größten Teleskop arbeitete, einen sehr schwachen Himmelskörper in der Nähe von Sirius. Er war es, der Sirius B genannt wurde, derselbe Satellit, den Bessel schon lange vorher vorgeschlagen hatte. 1896 zeigten Studien, dass Procyon auch einen Satelliten hatte – er hieß Procyon B. Daher wurden Bessels Ideen voll bestätigt.
